廢熱鍋爐進(jìn)水管管口裂紋分析及處理

　我廠從德國(guó)進(jìn)口的廢熱鍋爐是PKM煤加壓氣化工藝中的主要設(shè)備，為立式浮頭列管式，共有5臺(tái)，1993年6月投入運(yùn)行。1997年，5臺(tái)廢熱鍋爐進(jìn)水管根部相繼發(fā)生泄漏，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)停爐檢查，發(fā)現(xiàn)4根進(jìn)水管管口處均存在放射狀裂紋。本文對(duì)此事故作了定性分析，并介紹了處理方案。

　　1廢熱鍋爐基本參數(shù)介質(zhì)（管程/殼程）粗煤氣/（鍋爐水+飽和蒸汽）。

　　工作壓力（管程/殼程）工作溫度管程T入殼程T入：實(shí)際運(yùn)行參數(shù)：工作壓力（管程/殼程）工作溫度管程T入T出殼程T入：T出：2宏觀觀察廢熱鍋爐（）進(jìn)水管（4根把7管）為插入式全焊透結(jié)構(gòu)，在筒體內(nèi)進(jìn)水管管口處焊有一面開(kāi)口的n型擋板，以使水在筒體內(nèi)向一個(gè)方向（下方）流動(dòng)，從取下的分析樣觀察，可見(jiàn)以進(jìn)水管為中心的大量的放射狀裂紋以及沿n型擋板連接焊縫走向的裂紋，其中兩條最長(zhǎng)的裂紋已穿透筒壁，它們均沿筒體環(huán)向走向，從裂紋的宏觀形貌看，部分裂紋啟裂于管口棱角處，部分裂紋啟裂于焊縫表面，裂紋表面被腐蝕產(chǎn)物覆蓋，呈黑褐色。用機(jī)械方法打開(kāi)幾個(gè)較大裂紋，發(fā)現(xiàn)除上述兩個(gè)穿透性裂紋外，其他裂紋均較淺，深度在2mm以內(nèi)。另外n型擋板的開(kāi)口側(cè)裂紋較少，但點(diǎn)腐蝕嚴(yán)重，點(diǎn)腐蝕坑深度在1~2mm，個(gè)別的達(dá)4mm. 3性能分析為進(jìn)一步了解裂紋產(chǎn)生的原因，為修復(fù)改造提供依據(jù)，我們委托哈爾濱焊接研究所對(duì)裂紋部位取樣進(jìn)行化學(xué)、金相、機(jī)械性能及掃描電鏡分析，分析結(jié)構(gòu)如下。

　　1.1化學(xué)成分分析由分析結(jié)果可知，筒體材質(zhì)符合原東德的Mb16鋼的標(biāo)準(zhǔn)，材質(zhì)相當(dāng)于我國(guó)的15鋼。

　　1.2機(jī)械性能取樣進(jìn)行V型缺口常溫沖擊，其沖擊值較高（個(gè)樣的▲值分別為136J、150J、140J）表明材質(zhì)禚性較好，在使用中未有劣化現(xiàn)象。

　　1.3金相分析母材組織為鐵素體十珠光體，有帶狀特征，晶粒較細(xì)，鐵素體晶粒度10 ~11級(jí)，珠光體呈片狀，未見(jiàn)球化傾向，表面未見(jiàn)脫碳現(xiàn)象，焊縫組織為共析鐵素體十粒狀貝氏體十針狀鐵素體。

　　裂紋呈穿晶，較平直，有少量分枝，尖端較圓鈍，裂紋兩側(cè)金屬無(wú)脫碳現(xiàn)象，裂紋內(nèi)有腐蝕產(chǎn)物，腐蝕坑底部未見(jiàn)裂紋。

　　1.4掃描電鏡斷口分析在裂紋尖端可見(jiàn)到與裂紋前沿平行的一道道紋路，條紋間距較寬，可認(rèn)為是由交變載荷引起的疲勞裂紋。

　　用能譜儀對(duì)裂紋表面的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析，除Fe外未見(jiàn)其他元素，可認(rèn)為腐蝕產(chǎn)物為Fe的氧化物。

　　4裂紋及點(diǎn)腐蝕原因分析該廢熱鍋爐采用n型擋板控制進(jìn)入筒體水的流向，運(yùn)行時(shí)擋板外蒸汽溫度達(dá)158*C以上，n型擋板內(nèi)水溫只有50~60°c，這樣在擋板兩側(cè)距離僅為10~20nm的范圍內(nèi)溫差可達(dá)近百度，在理論上按CT=T差。差=100*C線膨脹系數(shù)a=12.彈性模量E =189X103MPa）計(jì)算，在n型擋板內(nèi)由溫差引起的拉應(yīng)力上工作應(yīng)力、焊接殘余應(yīng)力、開(kāi)孔引起的應(yīng)力集中等因素，管口周圍的應(yīng)力，特別是擋板處的總應(yīng)力將會(huì)超過(guò)Mb16鋼的屈服極限（Mb16鋼最低屈服極限為220~240MPa），而且管口附近的應(yīng)力將隨著開(kāi)爐、停爐、給水、停水而發(fā)生脈動(dòng)變化。同時(shí)根據(jù)以上宏觀、化學(xué)成分、機(jī)械性能、掃描電鏡分析結(jié)果，可認(rèn)為管口處放射狀裂紋是熱疲勞裂紋，而且是大應(yīng)力低周疲勞裂紋。

　　n型擋板開(kāi)口側(cè)裂紋較輕且點(diǎn)腐蝕嚴(yán)重，其原因是開(kāi)口側(cè)由于直接進(jìn)水，冷卻面積較大，單位長(zhǎng)度溫差較小，所以溫差引起的應(yīng)力較小，不易形成裂紋。該處的點(diǎn)腐蝕是屬氧腐蝕，產(chǎn)生的原因是鍋爐水除氧不徹底。

　　5檢修處理方案（）將廢熱鍋爐進(jìn)水管插入式全焊透結(jié)構(gòu)，改為套管結(jié)構(gòu)（見(jiàn)）套管直徑為108mm，材質(zhì)為20鋼，焊條用E4303，由于低碳鋼的焊接性能較好，因此焊前無(wú)需預(yù)熱，焊后加熱到150C保溫緩慢冷卻以消除焊接應(yīng)力。

　　型擋板一面出水為3面出水（左、右及下部）。

　�。�4）加強(qiáng)廢熱鍋爐水位監(jiān)控，減少水位波動(dòng)，杜絕“燒干”現(xiàn)象。

　　修復(fù)廢熱鍋爐的使用情況：5臺(tái)廢熱鍋爐自修復(fù)后至今一直平穩(wěn)運(yùn)行，經(jīng)多次停車檢查，未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，說(shuō)明該修復(fù)方法是可行的。